(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン用燃焼器に関し、熱膨張によって生じる故障を防ぐことができる二次燃料ノズル組立体を提供する。【解決手段】二次燃料ノズル組立体１００は、近位端１０８と遠位端１１０と、中央通路１５２を形成する中央部分１０２であって、この中央通路１５２を通って近位端１０８から遠位端１１０まで延在するコイル管１５０を含む中央部分１０２と、近位端１０８において中央通路１５２と流体連通する主要二次燃料オリフィスと近位端１０８においてコイル管１５０と流体連通するパイロットオリフィスとを有するフランジ１０６と、近位端１０８と遠位端１１０とを有し、自身を貫通して通路を形成するチップ部分１０４であって、この通路は、コイル管１５０の遠位端１１０及びチップ部分１０４の遠位端１１０に形成されるオリフィスと流体連通するチップ部分１０４とを含む。コイル管１５０は、熱応力により引き起こされる障害を効果的に減少させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端（１０８）と遠位端（１１０）とを含み、自身を貫通して中央通路（１５２）を形成するとともに、前記中央通路（１５２）を通って前記近位端（１０８）から前記遠位端（１１０）まで延在する少なくとも１本のコイル管を含む中央部分（１０２）と、
前記近位端（１０８）において前記中央通路（１５２）と流体連通する少なくとも１個の主要二次燃料オリフィス（２０４）と、前記近位端（１０８）において前記少なくとも１本のコイル管（１５０）と流体連通する少なくとも１個のパイロットオリフィス（２０２）とを含むフランジ（１０６）と、
近位端（１０８）と遠位端（１１０）とを含むとともに、自身を貫通して少なくとも１本の通路を形成するチップ部分（１０４）であって、前記少なくとも１本の通路は、前記少なくとも１本のコイル管（１５０）の前記遠位端（１１０）及び自身の前記遠位端（１１０）に形成される少なくとも１個のオリフィスと流体連通するチップ部分（１０４）とからなる、二次燃料ノズル組立体（１００）。
【請求項２】
前記フランジ（１０６）の前記少なくとも１個のパイロットオリフィス（２０２）と流体連通する少なくとも１本のパイロット燃料管路（１３０）をさらに含む、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１本のコイル管（１５０）の前記近位端（１０８）は、前記フランジ（１０６）に接続されて、前記フランジを貫通して形成される少なくとも１個のパイロットオリフィス（２０２）と実質的に整合する、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１本のコイル管（１５０）は、熱膨張時に少なくとも部分的に可撓性を有する、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項５】
前記少なくとも１本のコイル管（１５０）は、前記中央通路（１５２）を通って前記近位端（１０８）から前記遠位端（１１０）まで延在する複数のコイル管（１５０）からなり、前記少なくとも１個のパイロットオリフィス（２０２）は、各々が前記複数のコイル管（１５０）の１本と流体連通する複数のパイロットオリフィス（２０２）からなる、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項６】
前記フランジ（１０６）の前記少なくとも１個の主要二次燃料オリフィス（２０４）と流体連通する少なくとも１個の主要二次燃料送給管路（１２０）をさらに含む、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項７】
前記チップ部分（１０４）の前記近位端（１０８）内に配置されるマニホルドをさらに含み、前記少なくとも１本のコイル管（１５０）の前記遠位端（１１０）は、前記マニホルドに固定されて、前記マニホルドを貫通して形成される少なくとも１個のマニホルドパイロットオリフィス（２１２）と実質的に整合する、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１本のコイル管（１５０）の前記遠位端（１１０）は、前記マニホルド（２１０）に接続されて、前記マニホルドを貫通して形成される少なくとも１個のマニホルドパイロットオリフィス（２１２）と実質的に整合する、請求項７に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項９】
前記チップ部分（１０４）は、前記チップ部分（１０４）の周りにおいて周方向に配置されるとともに半径方向に延在する複数のペグ（１７０）をさらに含み、前記複数のペグ（１７０）は、自身を貫通して形成されるとともに前記中央通路（１５２）と流体連通するオリフィスを有する、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【請求項１０】
前記チップ部分（１０４）の前記近位端（１０８）内に配置されるマニホルド（２１０）をさらに含み、前記チップ部分（１０４）は、前記チップ部分（１０４）の周りにおいて周方向に配置されるとともに半径方向に延在する複数のペグ（１７０）をさらに含み、前記複数のペグ（１７０）は、自身を貫通して形成されるオリフィスを有し、前記マニホルド（２１２）は、各々が前記複数のペグ（１７０）内の前記オリフィスの１個と連通するとともに前記中央通路（１５２）と流体連通する複数のペグオリフィス（２１４）を、自身を貫通して形成されて有する、請求項１に記載の二次燃料ノズル（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に燃焼器に関し、特に二次燃料ノズル組立体が得られるシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを動力源とするタービンによる汚染を減少させるために、政府機関は、排出物、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）と一酸化炭素（ＣＯ）との量を減少させることを求める多くの規制を制定した。燃焼排出物の減少は、特に燃料噴射器とノズルとの点で、燃焼プロセスの高効率化に起因すると考えられる。初期の燃焼システムは、拡散炎を生じる拡散型ノズルを用いており、このノズルは、燃料と空気とを別々に噴射するノズルであって、火炎域内の拡散により混合が生じる。拡散型ノズルは、燃料と空気とが高温で化学両論的に燃焼することから、高い排出量をもたらす。拡散型ノズルより優れた方法は、何らかの形態の予混合を用いて、燃焼する前に燃料と空気を混合し、拡散型の火炎より低温で燃焼させるとともにＮＯｘ排出量の減少をもたらす均質な混合物を形成させるようにすることである。予混合を容易にするノズルの例として、燃焼室内の下流方向の燃料送給を達成する二次燃料ノズル等がある。
【０００３】
従来の二次燃料ノズル組立体は、多重溶接された多部品の複雑な組立体となり得る。そのため、こうした組立体は、一般に、潜在的な故障箇所と漏れ経路とを創出する多数のシールと多数の溶接部とを含む。過剰な熱は、構成要素の膨張を引き起こし、これが従来の二次燃料ノズルに用いられるシールと溶接部とに障害を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，１６５，４０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、熱膨張によって生じる故障を防ぐことができる二次燃料ノズル組立体が得られるシステム、方法及び装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、二次燃料ノズル組立体が得られるシステム、方法及び装置を提供するものである。一実施形態によれば、二次燃料ノズル組立体が得られる。この二次燃料ノズル組立体は、近位端と遠位端とを有するとともに、自身を貫通して中央通路を形成する中央部分を含む。この中央部分は、中央通路を通って近位端から遠位端まで延在する少なくとも１本のコイル管を含む。二次燃料ノズル組立体は、さらに、近位端において中央通路と流体連通する少なくとも１個の主要二次燃料オリフィスと、近位端において少なくとも１本のコイル管と流体連通する少なくとも１個のパイロットオリフィスとを有するフランジを含む。二次燃料ノズル組立体は、さらに、近位端と遠位端とを有するとともに、自身を貫通して少なくとも１本の通路を形成するチップ部分を含む。この少なくとも１本の通路は、少なくとも１本のコイル管の遠位端及びチップ部分の遠位端に形成される少なくとも１個のオリフィスと流体連通する。
【０００７】
他の実施形態によれば、少なくとも１個の二次燃料ノズル組立体を有する燃料室を備えたガスタービンが得られる。このガスタービンの二次燃料ノズル組立体は、近位端と遠位端とを有するとともに、自身を貫通して中央通路を形成し、且つこの中央通路を通って近位端から遠位端まで延在する少なくとも１本のコイル管を有する中央部分を含む。二次燃料ノズル組立体は、さらにまた、近位端において中央通路と流体連通する少なくとも１個の主要二次燃料オリフィスと、近位端において少なくとも１本のコイル管と流体連通する少なくとも１個のパイロットオリフィスとを有するフランジを含む。二次燃料ノズル組立体は、さらに、近位端と遠位端とを有するとともに、自身を貫通して少なくとも１本の通路を形成するチップ部分を含み、この少なくとも１本の通路は、少なくとも１本のコイル管の遠位端及びチップ部分の遠位端に形成される少なくとも１個のオリフィスと流体連通する。
【０００８】
本発明のその他の実施形態、態様及び特徴は、以下の詳細な説明と添付図面と添付の特許請求の範囲とから明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なタービンの略図である。
【図２】例示的な従来の二次燃料ノズル組立体の略図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った例示的な二次燃料ノズル組立体の略図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った例示的な二次燃料ノズル組立体の断面略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った二次燃料ノズル組立体の例示的な製造方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を一般的な観点から説明したところで、次に、必ずしも一定の比率で示されているわけではない添付図面を参照する。
【００１１】
以下に、本発明の全部ではないが一部の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明の例示的実施形態をより完全に説明する。実際に、本発明は、多くの異なる形態で実施され、本明細書に示される実施形態に制限されると解釈されるべきではなく、むしろこれらの実施形態の提示は、本開示が当該の法的要件を満たすようにするためのものである。同様の符号は、図面全体を通して同様の要素を示す。
【００１２】
二次燃料ノズル組立体が得られるシステム、方法及び装置を開示する。一実施形態によれば、二次燃料ノズル組立体は、コイル管を自身の少なくとも一部分として有するパイロット燃料回路等の少なくとも１個の燃料回路を含む。コイル管は、少なくとも若干の可撓性を有して、二次燃料ノズル組立体が極度の温度にさらされたときに、膨張、屈曲及び／又は変形することができるので、熱膨張時に起こるような二次燃料ノズル組立体の構造的な歪みが軽減される。一実施形態によれば、二次燃料ノズル組立体は、１本のコイル管をパイロット燃料回路として含む一方で、他の通路がノズルを介した主要二次燃料回路となる。フランジは、さらに二次燃料ノズル組立体の一部分として含まれて、少なくとも１個のパイロット燃料管路とコイル管との接続を可能にするとともに、主要二次燃料管路と主要二次燃料回路に送給を行うその他の通路との接続を可能にする。
【００１３】
しかし、その他の実施形態では、多数のコイル管及び／又は多数のその他の燃料通路とそれぞれの燃料管路と管と燃料通路とを接続可能にするように構成されるフランジとが含まれ、ノズルを通る多数の燃料回路が設けられる。さらにまた、本明細書に記載の実施形態は、二次燃料ノズル組立体として説明されるが、その他の燃料ノズルにおいては、１本以上のコイル管が含まれ得る。
【００１４】
図１は、一実施形態に従って、１個以上の二次燃料ノズル組立体が作用する例示的なガスタービンの略断面図である。この例示的なガスタービン１０（部分図）は、圧縮機１２（部分図）と、複数の燃焼器１４（１個のみ図示）と、ここでは単一のブレード１６により示されるタービン部とを含む。詳細に示されていないが、タービンは、共通の軸に沿って圧縮機１２に作用可能に接続される。圧縮機１２が吸気を圧縮し、その後、この空気は、燃焼器１４へと逆流し、燃焼器において、燃焼器を冷却するため及び燃焼プロセスを容易にするために用いられる。
【００１５】
上記のように、複数の燃焼器１４は、ガスタービンの軸の周りにおいて環状に配置される。トランジションダクト１８は、各々の燃焼器１４の出口側をタービンの入口側と接続して、高温の燃焼生成物を承認された温度プロファイルの形態でタービンに送る。
【００１６】
各燃焼器１４は、ベンチュリスロート部２８により分離される一次又は上流側燃焼室２４と二次又は下流側燃焼室２６とからなる。燃焼器１４は、圧縮機排気流を燃焼器１４へと導く燃焼器流れスリーブ３０により取り巻かれる。燃焼器１４は、さらに、タービンケーシング３４にボルト締めされる外筒３２により取り巻かれる。
【００１７】
一次ノズル３６は、上流側燃焼室２４に燃料送給を行うとともに、中央の二次ノズル３８の周りにおいて環状に配置される。点火は、様々な燃焼器１４において、火炎伝播管２２（１本のみ図示）と併せて点火プラグ２０を手段として達成される。二次ノズル３８は、下流側燃焼室２６に燃料送給を行う。
【００１８】
図２は、二次ノズルペグ４０と二次ノズルパイロットチップ４２とを含む２個の燃料導入箇所を有する従来の二次ノズル組立体３８の略図である。二次ノズルペグ４０は、燃料を燃焼器１４の予混合反応域に供給する一方で、二次ノズルパイロットチップ４２は、燃料が直ちに燃焼（拡散燃焼）される下流側燃焼室２６に燃料を供給する。二次ノズル組立体３８は、このように、それぞれ二次ノズルペグ４０と二次ノズルパイロットチップ４２とを出口とする少なくとも１個の二次主要燃料送給回路と少なくとも１個のパイロット燃料送給回路とを含む燃焼システム燃料送給装置である。二次ノズルペグ４０と二次ノズルパイロットチップ４２はそれぞれ同心管により構成されて、一連の同心管の間の通路において少なくともパイロット燃料回路と二次主燃料回路とを形成するような独自の独立した燃料管回路を有する。従来の二次燃料ノズル組立体は、１個以上の燃料回路及び／又はパイロット回路と、パージ用空気及びパージ用流体等のその他の回路とを有する。図１に示される例示的な従来の二次燃料ノズル組立体３８においては、通路４６、５０、５４、５８及び６２により示されるように、少なくとも５本の通路が一連の同心管によって形成される。この従来の二次燃料ノズル組立体３８では、通路４６、５０、５４、５８、６２は、多数の主要燃料、パイロット燃料、パージ用空気及び／又はパージ用流体を送給する。
【００１９】
しかし、図１に示されるように、多数の同心管によって構成されて燃料回路通路を形成する従来の二次燃料ノズル組立体の構成は、製造費が高く、且つ故障の可能性をもたらすピストンリングシール、リップシール及び／又は金メッキシール等の多くのシールを必要とする。これらの従来の二次燃料ノズル組立体は、さらにまた、一般に互いに溶接されて燃料回路の通路を形成し、同時に故障の可能性をもたらす。例えば、ノズル組立体の熱負荷時及び／又は動作時に、組立体構成要素は、シールと溶接部とを劣化させるとともに同心管内及び同心管の間における熱膨張を引き起こして、シール及び溶接部のより一層の構造的な歪みをもたらす極度の温度にさらされる。
【００２０】
従って、図３に、潜在的な故障及び／又は劣化の要因を減少させるとともに、熱膨張特性を向上させる二次燃料ノズル組立体を示す。図３は、一実施形態に従った二次燃料ノズル組立体１００の略図である。この二次燃料ノズル組立体１００は、少なくとも中央部分１０２とチップ部分１０４とフランジ１０６とによって構成される。本実施形態によれば、中央部分１０２及びチップ部分１０４は、自身を貫通して長手方向に延在する共通の軸に沿って実質的に整合する。中央部分１０２は、少なくとも１本の中央通路１５２を形成するとともに、近位端１０８と遠位端１１０とを含む。フランジ１０６は、中央部分１０２の近位端１０８に固定される。チップ部分１０４も少なくとも１本のチップ通路１６０を形成するとともに、近位端１１２と遠位端１１４とを含む。チップ部分１０４の近位端１１２は、中央部分１０２の遠位端１１０に固定されるか、又は遠位端と一体化される。
【００２１】
フランジ１０６は、さらに、フランジ１０６を貫通して延在する二次燃料管路オリフィスと流体連通するとともに、中央部分１０２の内部通路と連通する少なくとも１本の主要二次燃料管路１２０を含む。一実施形態によれば、この１本以上の主要二次燃料管路１２０は、燃焼器又は燃料供給装置との接続を容易にする１個以上のオリフィスを含む主要二次燃料管路フランジ１２２を含む。主要二次燃料管路フランジ１２２を図３に示すが、その他の実施形態によれば、主要二次燃料管路を接続するその他の手段が用いられても良い。さらにまた、図示の主要二次燃料管路１２０は、湾曲形状を有するが、その他の実施形態によれば、少なくとも部分的に燃焼器の構成及び／又は燃料供給装置によって決まるその他の所望の形状が用いられても良い。単一の主要二次燃料管路１２０を図及び説明に示すが、その他の実施形態によれば、二次燃料ノズル組立体１００は、ノズル組立体内において形成される多数の燃料回路を介した多数の燃料の送給及び／又は燃料送給の多様化等のために、いかなる本数の主要二次燃料管路を含んで構成されても良い。
【００２２】
フランジ１０６は、さらに、フランジ１０６を貫通して延在するパイロットオリフィスと流体連通するとともに、中央部分１０２内に配置されるパイロット管と連通する少なくとも１本のパイロット燃料管路１３０を含む。主要二次燃料管路１２０と同様に、パイロット燃料管路１３０は、任意で、燃焼器及び／又はパイロット燃料供給装置との接続用の１個以上のオリフィスを含むパイロット燃料管路フランジ１３２を含む。様々な実施形態によれば、パイロット燃料管路１３０は、燃焼器及び／又はパイロット燃料供給装置の構成によって決まるいかなる形状に形成されても良い。また、本発明のその他の実施形態によれば、二次燃料ノズル組立体１００は、中央部分１０２内に配置されるいかなる本数のパイロット管とも流体連通するパイロット燃料管路を何本含んで構成されても良い。従って、様々な実施形態によれば、この二次燃料ノズル組立体１００は、１個以上のスリップリングピストンシール等の高価でありながら故障しがちなシールを必要とせずに、１本以上のパイロット燃料管路１３０と付随するコイル管とを単純且つ効率的に組み込むことを可能にする。
【００２３】
一実施形態によれば、火炎検出器１４０もフランジに固定されるか、或いはフランジと一体化されるとともに、中央部分１０２とチップ部分１０４とを貫通して延在する火炎検出通路と連通する。
【００２４】
二次燃料ノズル組立体１００の中央部分１０２は、中央通路１５２とその内部構成とを示す部分切取図を含む図３に示されている。中央部分１０２は、実質的に渦巻状又は螺旋状の形状を有するコイル管１５０として構成される少なくとも１本のパイロット管を含む。中央部分１０２の中央通路１５２内において近位端１０８から遠位端１１０まで配置されるコイル管１５０は、フランジ１０６に固定されるとともに、パイロットオリフィスと流体連通する。一実施形態によれば、このコイル管は、フランジ１０６に溶接されるが、その他の技術も使用できる。
【００２５】
二次燃料ノズル組立体１００のチップ部分１０４も、チップ通路１６０とその内部構成とを示す部分切取図を含む図３に示されている。チップ部分１０４は、さらに図４を参照して図と説明とに示すように、任意で、自身の近位端１１２内に配置されるとともにチップ通路を少なくとも部分的に横切って延在するマニホルドを含む。一実施形態によれば、コイル管１５０は、このマニホルドに溶接されるか、又は固定される。一実施形態によれば、コイル管１５０は、自身の遠位端において、マニホルドを貫通する少なくとも１個のオリフィスと連通して、コイル管１５０が、チップ部分１０４を貫通して延在するとともに遠位端１１４において開口する少なくとも１個の通路と流体連通するようになっている。一例において、チップ管１６２は、チップ通路１６０内に配置されるとともに、マニホルドを貫通して延在するオリフィスと連通して、コイル管１５０と連通する。チップ部分１０４の遠位端１１４において、チップ管１６２は、チップ部分１１４の端部を貫通して延在するとともに、周囲環境（例えば燃焼器）へと開口する１個以上のオリフィスと連通する。その他の実施形態において、パイロット燃料は、直接チップ通路１６０を介して、又はチップ部分１０４内に配置される何らかのその他の通路を介して送給される。
【００２６】
さらに、一実施形態によれば、チップ部分１０４は、チップ部分１０４の周りにおいて周方向に配置されるとともに半径方向に延在する多数のペグ１７０を含む。各々のペグ１７０は、二次燃料ノズル組立体１００を貫通して延在する１本以上の通路と連通するオリフィスを含んで、二次燃料ノズル組立体１００の周りの周辺部における燃料の噴射及び空気との混合を可能にする。例えば、主要二次燃料管路１２０は、フランジ１０６の主要二次燃料オリフィスを介して中央通路１５２内へ、そして中央通路１５２と流体連通する１個以上のペグ１７０を介して燃料を送給する。しかし、その他の実施形態では、同心管等の１本以上の通路が二次燃料ノズル組立体１００内に形成されて、１本以上の燃料管路と１個以上のペグ１７０との間において燃料回路を創出する。多数のコイル管を有して構成される実施形態等のさらに他の実施形態では、少なくとも１本のコイル管が少なくとも１個のペグ１７０と流体連通して、燃料管路からコイル管を介して１個以上のペグ１７０内へと至る燃料回路を創出して、二次燃料ノズル組立体１００を取り巻く周辺部における拡散と混合とを達成する。
【００２７】
一実施形態によれば、チップ部分１０４は、自身の近位端１１２又は近位端付近において自身を貫通して延在する１個以上のパージ用空気スロット１８０を含む。これらのパージ用空気スロット１８０は、冷却又はパージのために、空気を二次燃料ノズル組立体１００の外部から組立体の１本以上の通路内へと流入させる。様々な実施形態において、空気は、パージ用空気と呼ばれることがあるとともに、二次燃料ノズル組立体１００の構成要素の冷却及び／又は埃やオイル、ガス汚染物質等を通路から一掃するのに用いられる。一実施形態において、パージ用空気スロット１８０は、チップ通路１６０内へと開口して、パージ用空気がチップ通路を通ってチップ部分１４０の端部の１個以上のオリフィスから流出することを可能にする。しかし、その他の実施形態では、パージ用空気スロット１８０は、中央部分１０２沿い及び／又はチップ部分１０４沿いの他の位置等、二次燃料ノズル組立体１００のその他の部分に配置されるとともに、１本以上の通路と連通して、これらの通路の冷却及び／又はパージを達成する。
【００２８】
一実施形態によれば、パージ用空気及び／又は流体は、中央通路２５２を介するといったように、中央部分１０２を介して送給されるとともに、１個以上のペグ１７０及び／又はチップ部分１０４内の通路を介して流出する。
【００２９】
従って、図３を参照して説明したように構成される二次燃料ノズル組立体１００は、少なくとも１本のコイル管１５０を少なくとも１個の燃料回路の少なくとも一部分として有する燃料ノズル組立体となる。使用時において、パイロット燃料は、パイロット燃料管路１３０を介して、中央部分１０２に配置されるコイル管１５０内に送給されるとともに、チップ部分１０４のマニホルドを介して、チップ管１６２を通って、チップ部分１０４の端部から周辺部へと流出する。このように、パイロット燃料は、コイル管１５０によって構成されるこの燃料回路内に維持される。同様に、主要二次燃料は、主要二次燃料管路１２０を介して、中央通路１５２内に送給されるとともに、少なくとも部分的にペグ１７０から流出して、周辺部において混合する。
【００３０】
コイル管１５０をパイロット燃料等の燃料の通路として用いると、極度の温度にさらされたときに、コイル管１５０に膨張、屈曲又はその他の形状変化を起こさせることができ、図２を参照して説明したように、さもなければ一連の同心管により構成される従来の通路に加わる構造応力を軽減することができる。従って、コイル管１５０は、さもなければ熱応力により引き起こされる降伏又はその他の構造的障害を効果的に減少させる。
【００３１】
このような態様で、単一のパイロット回路と単一の二次燃料回路とを有して構成される二次燃料ノズル組立体１００は、無転換型二次燃料ノズルとして動作する。しかし、その他の実施形態によれば、中央部分１０２の中央通路１５２を通って延在する多数のコイル管１５０と連通する多数の燃料管路を含めることにより、追加の燃料回路を付加して、異なる燃料の送給及び異なる流量等の調整を可能にして、転換型燃料ノズルとして動作させることができる。
【００３２】
図４は、図３を参照して説明したような例示的な二次燃料ノズル組立体１００の断面図である。図示されているように、この二次燃料ノズル組立体１００は、中央通路１５２を形成する中央部分１０２を含み、この中央通路内には、少なくとも１本のコイル管１５０が、中央部分１０２を通って延在する中心軸に略沿って長手方向に配向されて配置される。コイル管１５０と実質的に整合して、パイロット燃料管１３０がコイル管１５０と流体連通することを可能にするパイロット燃料オリフィス２０２も、フランジ１０６を貫通して延在して示されている。さらにまた、主要二次燃料管路１２０が中央通路１５２と流体連通することを可能にする主要二次燃料オリフィス２０４が示されている。その他の実施形態では、管や同心管、コイル管等により形成されるような１本以上の追加の通路が、中央通路１５２内に配置されるとともに、１本以上の主要二次燃料管路１２０と流体連通して、中央通路１５２を通る別個の燃料回路を創出する。
【００３３】
この断面図には、チップ部分１０４の近位端１１２の内側に配置されるマニホルド２１０も図示されている。一実施形態によれば、マニホルド２１０は、コイル管１５０及びチップ管１６２と実質的に整合してコイル管１５０をチップ管１６２と流体連通させるマニホルドパイロットオリフィス２１２を内蔵する。しかし、その他の実施形態では、多数のチップ管１６２及び／又はその他の別個の通路がチップ通路１６０内に配置されるとともに、マニホルド２１０内に形成される１個以上のオリフィスと連通する。
【００３４】
マニホルド２１０の断面図には、さらにまた、ペグ１７０とマニホルド２１０とを貫通して中央通路１５２と流体連通する少なくとも１個のペグオリフィス２１４が図示されている。同様に、少なくとも１個のパージ用空気オリフィス２１６は、パージ用空気スロット１８０からチップ通路１６０内へとマニホルド２１０の本体を貫通して図示されている。１個のペグオリフィス２１４と１個のパージ用空気オリフィス２１６とが示されているだけであるが、多数のペグオリフィス２１４及び多数のパージ用空気オリフィス２１６が、マニホルド２１０を貫通するとともに、それぞれチップ部分１０４の周りにおいて周方向に配置される多数のペグ１７０及び多数のパージ用空気スロット１８０と連通して形成されることが理解される。
【００３５】
さらにまた、図４の断面図には、一実施形態によれば、自身を貫通して延在するとともに外部と連通する多数のチップオリフィス２２０と少なくとも１個のチップパイロットオリフィス２２２とを内蔵するチップ部分１０４の遠位端１１４が示されている。一例示的実施形態において、多数のチップオリフィス２２０は、パージ用空気及び／又は流体がパージ用空気スロット１８０を通ってチップ通路１６０内へと流入して、二次燃料ノズル組立体１００のチップ部分を取り巻く周辺部に流出することを可能にする。さらにまた一例において、チップパイロットオリフィス２２２は、チップ管１６２と流体連通して、コイル管１５０からチップ管１６２内へと通過するパイロット燃料も周囲環境中に流出することを可能にする。その他の実施形態によれば、パージ用空気、冷却用流体及び／又は燃料のための通路を含む多数の各通路が、チップ部分１０４内において、遠位端１１４を貫通して形成される１個以上のオリフィスを通って周囲環境へと開口して形成され、且つ配置される。
【００３６】
従って、図４の例示的実施形態に示されるように、パイロット燃料は、パイロット燃料管路１３０からパイロットオリフィス２０２を通ってコイル管１５０内へと送給されるとともに、マニホルドパイロットオリフィス２１２を介してチップ管１６２を通ってチップパイロットオリフィス２２２を経てチップ部分１０４の端部から周辺部へと流出する。同様に、主要二次燃料は、主要二次燃料管路１２０から主要二次燃料オリフィス２０４を通って中央通路１５２内に送給されるとともに、多数のペグ１７０からペグオリフィス２１４を経て流出して、周辺部において混合する。しかし、その他の実施形態では、別の且つ／又は追加の燃料回路が中央部分１０２及び／又はチップ部分１０４内に形成されるか、又は設けられる。
【００３７】
図５は、一実施形態に従った二次燃料ノズル組立体の例示的な製造方法５００の流れ図である。様々な実施形態によれば、二次燃料ノズル組立体の１個以上の構成要素は、極度の温度に耐えることができる特性を有する、例えばステンレス鋼のような金属等の何らかの適切な材料によって構成される。製作時において、様々な実施形態によれば、１個以上の構成要素は、原料をガンドリル加工又は機械加工して上記の１個以上の通路又はオリフィスを形成させることによって形成される。ガンドリル加工及び／又は機械加工により、必要とされるシール及び溶接部の個数を減少させて、従来の燃料ノズルより簡単な製造技術を用いて、より高強度の、より費用効果的なノズル組立体を創出することができる。さらに、１個以上の構成要素の固定は、溶接及び／又はろう付けによって達成されるので、より高い強度を有する一体的な構成要素が創出される。このため、このような態様に製造される二次燃料ノズル組立体は、より肉薄のフランジ等の構成要素の厚さの減少、構成要素の減少、シールの減少等の結果として、最終的に従来の二次燃料ノズルより軽量化される。二次燃料ノズル組立体の軽量化により、取扱いと操作とがより容易になり、輸送費が削減されるとともに、取付けが簡単になる。
【００３８】
様々な実施形態によれば、本明細書に記載の二次燃料ノズル組立体の製造に付随する費用は、従来の単純な構造の無転換型二次燃料ノズル組立体と同程度又はより安価となり得る一方で、強度と信頼性とが向上する。さらに、シール、溶接部及び接合部を排除すること又は個数を制限することにより、このような接続点が引き起こす故障の可能性を低下させることができる。例えば、スリップシール接合部には、ほこりが溜まって引っかき傷ができることがよくあり、これが最終的に間違った通路内への燃料漏れを招いて、焼け、融解及び／又は浸食を引き起こし得る。さらに、スリップシール接合部等のシールは、非常に高額の交換費用を要する。
【００３９】
方法５００は、燃料ノズルの中央部分を設けるブロック５０２から始まる。図３に関して上述したように、燃料ノズルの中央部分は、近位端と遠位端とを有するとともに、自身を貫通して中央通路を形成する。
【００４０】
ブロック５０２の次のブロック５０４において、フランジが設けられる。図３に関して上述したように、フランジは、自身を貫通して形成される少なくとも１個の主要二次燃料オリフィスと少なくとも１個のパイロットオリフィスとを有する。主要二次燃料オリフィスは、上述のように、主要二次燃料管路と連通するか、又は主要二次燃料通路に固定されるとともに、燃焼器と一体化する作用する。同様に、パイロットオリフィスもパイロット燃料管路と連通するか、又はパイロット燃料管路に固定される。様々なその他の実施形態において、多数の燃料管路が含まれ、そのために、追加のオリフィスが、フランジを貫通するとともに、希望に応じて中央部分及び任意でチップ部分を通る１本以上の追加の通路と流体連通して形成される。一実施形態によれば、フランジは、従来のフランジの断面厚さの約８分の１以下といったような、従来の燃料ノズルのフランジより実質的に肉薄の断面を有する原料から製造される。フランジの厚さを最小限に抑えることにより、二次燃料ノズル組立体の全体としての重さを減少させることができる。
【００４１】
ブロック５０４の次のブロック５０６において、チップ部分が設けられる。図３に関して上述したように、チップ部分は、近位端と遠位端とを有する。一実施形態によれば、遠位端は、自身を貫通して形成される複数のオリフィスを含み、近位端は、チップ部分の近位端又は近位端付近等において、自身の内側に配置されるマニホルドを含む。このマニホルドは、上述のように、一実施形態によれば、ペグオリフィス、パージ用空気オリフィス及び／又はマニホルドパイロットオリフィス等の１個以上のオリフィスをガンドリル加工及び／又は機械加工することによって形成される。さらにまた、一実施形態によれば、マニホルドは、ろう付け及び／又は溶接により、チップ部分の内側に固定される。その他の実施形態では、マニホルドは、中央通路内の遠位端部分等の他の通路の他の位置又はチップ通路内の他の位置に配置される。
【００４２】
ブロック５０６の次のブロック５０８では、近位端と遠位端とを有する少なくとも１本のコイル管が設けられる。図３の実施形態等の一実施形態によれば、コイル管は、高温に耐えることができるが、熱膨張下で屈曲して、同心管の間の溶接部（従来の二次燃料ノズル組立体において見られる）等のその他の構成要素上における望ましくない構造的な歪みを減少させることができる金属によって構成される。
【００４３】
ブロック５０８の次のブロック５１０において、中央部分の遠位端がチップ部分の近位端に固定される。図３の実施形態等の一実施形態において、中央部分は、ろう付けにより、チップ部分に固定される。しかし、その他の実施形態では、溶接等のその他の技術が用いられる。
【００４４】
さらに、中央部分とチップ部分とは、２個の別々の構成要素によって構成されるものとして説明されているが、その他の実施形態では、中央部分とチップ部分とは、単一の管体によって構成される構成要素等の単一の構成要素の異なる部分を指す。例えば、単一の管体が中央部分とチップ部分との両方を形成しても良く、マニホルドは、管体内の略中間位置に配置される。さらにまた他の実施形態では、マニホルドも、ガンドリル加工又はその他の方法により中央通路とチップ通路と本明細書に記載の全てのオリフィスとを単一の加工素材から形成すること等により、単一の構成要素によって形成される。或いは、その他の実施形態では、マニホルドとチップ部分又はマニホルドと中央部分とが、同様に単一の構成要素から形成される。
【００４５】
ブロック５１０の次のブロック５１２において、コイル管の遠位端が、チップ部分内においてマニホルドに固定される。図３の実施形態等の一実施形態によれば、コイル管は、マニホルドに溶接される。しかし、その他の実施形態では、その他の技術が用いられる。固定時には、コイル管は、上記のマニホルドパイロットオリフィス等の、マニホルドを貫通して形成される少なくとも１個のオリフィスと実質的に整合しなければならない。
【００４６】
ブロック５１２の次のブロック５１４では、フランジが中央部分の近位端に固定される。図３の実施形態等の一実施形態では、フランジを中央部分に固定するときに、さらにまた、上記のパイロットオリフィス等の、マニホルドを貫通して形成される少なくとも１個のオリフィスとコイル管とを整合させて、コイル管の近位端をフランジに固定しなければならない。一実施形態によれば、コイル管をフランジに溶接して、フランジが中央部分にろう付けされる。一実施形態によれば、コイル管の少なくとも若干の可撓性がフランジとの組立てを容易にする。
【００４７】
方法５００は、ブロック５１４が終わると終了して、二次燃料ノズルの製作が完了する。
【００４８】
従って、少なくとも１本のコイル管を燃料回路の少なくとも一部分として含む二次燃料ノズル組立体は、一例示的実施形態によれば、このような態様で製造される。製造と同時に、二次燃料ノズルは、上記の二次燃焼器等の燃焼器内に配置され、且つ固定される。新しく製造された二次燃料ノズル組立体は、新しい燃焼器内に取り付けられるか、又は既存の二次燃料ノズル組立体を取り外して新しい二次燃料ノズル組立体を取り付けること等により、既存の燃焼器に後付けされる。このため、様々な実施形態によれば、中央部分の長さ（混合のための燃料拡散の調節）、チップ部分の長さ（パージ用空気／燃料及び／又はパイロット燃料の流出の調節）、フランジ及び燃料管路等といったような二次燃料ノズル組立体の寸法及び構成は、組立体がその内部に取り付けられる燃焼器の設計によって変動する。
【００４９】
また、方法５００は、二次燃料ノズル組立体全体を製作する方法として説明されているが、他の実施形態によれば、既存の二次燃料ノズル組立体に、本明細書に記載の１個以上の構成要素を後付けすることができる。例えば、ブロック５１２及び５１４を参照して説明したように、１本以上の既存の通路を取り外すとともに、コイル管とこの後付け用コイル管に合うように構成される新しいフランジとを溶接することにより、従来の二次燃料ノズルに、少なくとも１個のコイル管を後付けすることができる。マニホルド及びチップ部分等の１個以上のその他の構成要素も既存の二次燃料ノズルに後付けされる。
【００５０】
現在のところ最も実用的と考えられるものと様々な実施形態とに関連して本発明を説明したが、本発明は、開示の実施形態に制限されるわけではなく、逆に、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な改良及び同等の構成を含むことを意図するものであることを理解されたい。
【００５１】
本明細書は、最良の形態を含む例を用いて本発明を開示するとともに、さらにまた、何らかの装置又はシステムの製作及び使用と本明細書に組み込まれた何らかの方法の実行とを含めて、他者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲に記載されるとともに、その他の例を含む。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等の構成要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  単一のブレード
１８  トランジションダクト
２０  点火プラグ
２２  火炎伝播管
２４  上流側燃焼室
２６  下流側燃焼室
２８  ベンチュリスロート部
３０  燃焼器流れスリーブ
３２  外筒
３４  タービンケーシング
３６  一次ノズル
３８  二次燃料ノズル組立体
４０  二次ノズルペグ
４２  二次ノズルパイロットチップ
４６  通路
５０  通路
５４  通路
５８  通路
６２  通路
１００  二次燃料ノズル組立体
１０２  中央部分
１０４  チップ部分
１０６  フランジ
１０８  近位端
１１０  遠位端
１１２  近位端
１１４  遠位端
１２０  主要二次燃料管路
１２２  二次燃料管路フランジ
１３０  パイロット燃料管路
１３２  パイロット燃料管路フランジ
１４０  火炎検出器
１５０  コイル管
１５２  中央通路
１６０  チップ通路
１６２  チップ管
１７０  多数のペグ
１８０  パージ用空気スロット
２０２  パイロット燃料オリフィス
２０４  主要二次燃料オリフィス
２１０  マニホルド
２１２  マニホルドパイロットオリフィス
２１４  ペグオリフィス
２１６  空気オリフィス
２２０  チップオリフィス
２２２  チップパイロットオリフィス
５００  二次燃料ノズル組立体の製造方法
５０２  ブロック
５０４  ブロック
５０６  ブロック
５０８  ブロック
５１０  ブロック
５１２  ブロック
５１４  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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